直流輝光放電的三維PIC-MCC模擬.pdf

1、隨著微電子工業(yè)的發(fā)展，輝光放電技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，例如：它可用于表面刻蝕、表面改性以及薄膜沉積等材料加工方面，它還可以應(yīng)用于激光、熒光燈以及平面等離子體顯示屏等方面。正是由于直流輝光放電等離子體源的廣泛應(yīng)用，對(duì)其需求與日劇增，因此對(duì)其放電生成等離子體源特性的研究有著非常重要的意義。 本論文圍繞直流輝光放電的理論分析與計(jì)算機(jī)模擬展開(kāi)研究工作，主要工作和創(chuàng)新之處在于： (1)對(duì)直流輝光放電及等離子體源的理論、計(jì)算機(jī)模擬

2、方面進(jìn)行了綜述對(duì)直流輝光放電及其生成等離子體的理論、計(jì)算機(jī)模擬方法進(jìn)行了綜述、總結(jié)與對(duì)比，并對(duì)今后的研究前景進(jìn)行了展望。特別指出了模擬直流輝光放電電離過(guò)程的重要意義及PIC/MCC(粒子模擬與蒙特卡羅相結(jié)合)方法在模擬直流輝光放電及其生成等離子體特性研究中的優(yōu)勢(shì)。 (2)直流輝光放電電離過(guò)程的三維理論分析以通常的直流輝光放電系統(tǒng)為基礎(chǔ)，建立了物理模型，對(duì)直流輝光放電進(jìn)行了三維的理論分析，其中包括電勢(shì)的求解、等離子體集體運(yùn)動(dòng)、粒子

3、間的碰撞、帶電粒子與邊界的相互作用?？紤]了電子與中性粒子的彈性、激發(fā)、電離碰撞；離子與中性粒子的彈性、電荷交換碰撞；碰撞界面均是能量的函數(shù)。模擬了電子到達(dá)邊界后被邊界吸收、反射等情形。 (3)直流輝光放電電離過(guò)程的三維PIC/MCC模擬在直流輝光放電電離過(guò)程的三維理論分析基礎(chǔ)之上進(jìn)行了數(shù)值模擬，并自己編制了直流輝光放電電離過(guò)程的PIC/MCC模擬程序。采用有限差分法求解泊松方程，采用PIC方法中的靜電模型描述帶電粒子與電場(chǎng)自洽的

4、相互作用，MCC方法描述粒子之間的碰撞過(guò)程及帶電粒子與邊界的相互作用，從而將PIC方法與MCC方法相結(jié)合使得PIC模擬處理集體相互作用和MCC處理粒子碰撞優(yōu)勢(shì)得以兼顧。 (4)直流輝光放電電離過(guò)程的診斷分析通過(guò)對(duì)直流輝光放電的PIC/MCC模擬，得到了大量的從放電初期至放電穩(wěn)定過(guò)程中的關(guān)于帶電粒子運(yùn)動(dòng)的微觀信息，展現(xiàn)了放電過(guò)程中帶電粒子的速度、能量等隨時(shí)間、空間的演化；對(duì)如上大量微觀信息進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)平均，給出了直流輝光放電及其生成